• Planning and Realisation: Peter Brachat, Benjamin Busch, Solmaz Fahimian, Christin Gegenheimer, Nicola Haberbosch, Elias Kästle, Oliver David Krieg, Yong Sung Kwon, Boyan Mihaylov, Hongmei Zhai
• Scientific Development: Markus Gabler (project management), Riccardo La Magna (structural design), Steffen Reichert (detailing), Tobias Schwinn (project management), Frédéric Waimer (structural design)
• Volume: 200m³
• Anisotropy: The pavilion is a directional structure. The cells stretch and orient themselves according to mechanical stresses.
• Area: 72.0 sqm
• Project Year: 0
• Photographs: ICD / ITKE University of Stuttgart, Roland Halbe
In summer 2011 the Institute for Computational Design (ICD) and the Institute of Building Structures and Structural Design (ITKE), together with students at the University of Stuttgart have realized a temporary, bionic research pavilion made of wood at the intersection of teaching and research. The project explores the architectural transfer of biological principles of the sea urchin’s plate skeleton morphology by means of novel computer-based design and simulation methods, along with computer-controlled manufacturing methods for its building implementation. A particular innovation consists in the possibility of effectively extending the recognized bionic principles and related performance to a range of different geometries through computational processes, which is demonstrated by the fact that the complex morphology of the pavilion could be built exclusively with extremely thin sheets of plywood (6.5 mm).
BIOLOGICAL SYSTEM
The project aims at integrating the performative capacity of biological structures into architectural design and at testing the resulting spatial and structural material-systems in full scale. The focus was set on the development of a modular system which allows a high degree of adaptability and performance due to the geometric differentiation of its plate components and robotically fabricated finger joints. During the analysis of different biological structures, the plate skeleton morphology of the sand dollar, a sub-species of the sea urchin (Echinoidea), became of particular interest and subsequently provided the basic principles of the bionic structure that was realized. The skeletal shell of the sand dollar is a modular system of polygonal plates, which are linked together at the edges by finger-like calcite protrusions. High load bearing capacity is achieved by the particular geometric arrangement of the plates and their joining system. Therefore, the sand dollar serves as a most fitting model for shells made of prefabricated elements. Similarly, the traditional finger-joints typically used in carpentry as connection elements, can be seen as the technical equivalent of the sand dollar’s calcite protrusions.
MORPHOLOGY TRANSFER
Following the analysis of the sand dollar, the morphology of its plate structure was integrated in the design of a pavilion. Three plate edges always meet together at just one point, a principle which enables the transmission of normal and shear forces but no bending moments between the joints, thus resulting in a bending bearing but yet deformable structure. Unlike traditional lightweight construction, which can only be applied to load optimized shapes, this new design principle can be applied to a wide range of custom geometry. The high lightweight potential of this approach is evident as the pavilion that could be built out of 6.5 mm thin sheets of plywood only, despite its considerable size. Therefore it even needed anchoring to the ground to resist wind suction loads.
Besides these constructional and organizational principles, other fundamental properties of biological structures are applied in the computational design process of the project:
Heterogeneity: The cell sizes are not constant, but adapt to local curvature and discontinuities. In the areas of small curvature the central cells are more than two meters tall, while at the edge they only reach half a meter.
Anisotropy: The pavilion is a directional structure. The cells stretch and orient themselves according to mechanical stresses.
Hierarchy: The pavilion is organized as a two-level hierarchical structure. On the first level, the finger joints of the plywood sheets are glued together to form a cell. On the second hierarchical level, a simple screw connection joins the cells together, allowing the assembling and disassembling of the pavilion. Within each hierarchical level only three plates – respectively three edges – meet exclusively at one point, therefore assuring bendable edges for both levels.
COMPUTATIONAL DESIGN AND ROBOTIC PRODUCTION
A requirement for the design, development and realization of the complex morphology of the pavilion is a closed, digital information loop between the project’s model, finite element simulations and computer numeric machine control. Form finding and structural design are closely interlinked. An optimized data exchange scheme made it possible to repeatedly read the complex geometry into a finite element program to analyze and modify the critical points of the model. In parallel, the glued and bolted joints were tested experimentally and the results included in the structural calculations.
The plates and finger joints of each cell were produced with the university’s robotic fabrication system. Employing custom programmed routines the computational model provided the basis for the automatic generation of the machine code (NC-Code) for the control of an industrial seven-axis robot. This enabled the economical production of more than 850 geometrically different components, as well as more than 100,000 finger joints freely arranged in space. Following the robotic production, the plywood panels were joined together to form the cells. The assembly of the prefabricated modules was carried out at the city campus of the University of Stuttgart. All design, research, fabrication and construction work were carried out jointly by students and faculty researchers.
The research pavilion offered the opportunity to investigate methods of modular bionic construction using freeform surfaces representing different geometric characteristics while developing two distinct spatial entities: one large interior space with a porous inner layer and a big opening, facing the public square between the University’s buildings, and a smaller interstitial space enveloped between the two layers that exhibits the constructive logic of the double layer shell.
• Planning and Realisation: Peter Brachat, Benjamin Busch, Solmaz Fahimian, Christin Gegenheimer, Nicola Haberbosch, Elias Kästle, Oliver David Krieg, Yong Sung Kwon, Boyan Mihaylov, Hongmei Zhai• Scientific Development: Markus Gabler (project management), Riccardo La Magna (structural design), Steffen Reichert (detailing), Tobias Schwinn (project management), Frédéric Waimer (structural design)• Volume: 200m³• Anisotropy: The pavilion is a directional structure. The cells stretch and orient themselves according to mechanical stresses.• Area: 72.0 sqm• Project Year: 0• Photographs: ICD / ITKE University of Stuttgart, Roland HalbeIn summer 2011 the Institute for Computational Design (ICD) and the Institute of Building Structures and Structural Design (ITKE), together with students at the University of Stuttgart have realized a temporary, bionic research pavilion made of wood at the intersection of teaching and research. The project explores the architectural transfer of biological principles of the sea urchin’s plate skeleton morphology by means of novel computer-based design and simulation methods, along with computer-controlled manufacturing methods for its building implementation. A particular innovation consists in the possibility of effectively extending the recognized bionic principles and related performance to a range of different geometries through computational processes, which is demonstrated by the fact that the complex morphology of the pavilion could be built exclusively with extremely thin sheets of plywood (6.5 mm).BIOLOGICAL SYSTEMThe project aims at integrating the performative capacity of biological structures into architectural design and at testing the resulting spatial and structural material-systems in full scale. The focus was set on the development of a modular system which allows a high degree of adaptability and performance due to the geometric differentiation of its plate components and robotically fabricated finger joints. During the analysis of different biological structures, the plate skeleton morphology of the sand dollar, a sub-species of the sea urchin (Echinoidea), became of particular interest and subsequently provided the basic principles of the bionic structure that was realized. The skeletal shell of the sand dollar is a modular system of polygonal plates, which are linked together at the edges by finger-like calcite protrusions. High load bearing capacity is achieved by the particular geometric arrangement of the plates and their joining system. Therefore, the sand dollar serves as a most fitting model for shells made of prefabricated elements. Similarly, the traditional finger-joints typically used in carpentry as connection elements, can be seen as the technical equivalent of the sand dollar’s calcite protrusions.MORPHOLOGY TRANSFERFollowing the analysis of the sand dollar, the morphology of its plate structure was integrated in the design of a pavilion. Three plate edges always meet together at just one point, a principle which enables the transmission of normal and shear forces but no bending moments between the joints, thus resulting in a bending bearing but yet deformable structure. Unlike traditional lightweight construction, which can only be applied to load optimized shapes, this new design principle can be applied to a wide range of custom geometry. The high lightweight potential of this approach is evident as the pavilion that could be built out of 6.5 mm thin sheets of plywood only, despite its considerable size. Therefore it even needed anchoring to the ground to resist wind suction loads.Besides these constructional and organizational principles, other fundamental properties of biological structures are applied in the computational design process of the project:Heterogeneity: The cell sizes are not constant, but adapt to local curvature and discontinuities. In the areas of small curvature the central cells are more than two meters tall, while at the edge they only reach half a meter.Anisotropy: The pavilion is a directional structure. The cells stretch and orient themselves according to mechanical stresses.Hierarchy: The pavilion is organized as a two-level hierarchical structure. On the first level, the finger joints of the plywood sheets are glued together to form a cell. On the second hierarchical level, a simple screw connection joins the cells together, allowing the assembling and disassembling of the pavilion. Within each hierarchical level only three plates – respectively three edges – meet exclusively at one point, therefore assuring bendable edges for both levels.COMPUTATIONAL DESIGN AND ROBOTIC PRODUCTION
A requirement for the design, development and realization of the complex morphology of the pavilion is a closed, digital information loop between the project’s model, finite element simulations and computer numeric machine control. Form finding and structural design are closely interlinked. An optimized data exchange scheme made it possible to repeatedly read the complex geometry into a finite element program to analyze and modify the critical points of the model. In parallel, the glued and bolted joints were tested experimentally and the results included in the structural calculations.
The plates and finger joints of each cell were produced with the university’s robotic fabrication system. Employing custom programmed routines the computational model provided the basis for the automatic generation of the machine code (NC-Code) for the control of an industrial seven-axis robot. This enabled the economical production of more than 850 geometrically different components, as well as more than 100,000 finger joints freely arranged in space. Following the robotic production, the plywood panels were joined together to form the cells. The assembly of the prefabricated modules was carried out at the city campus of the University of Stuttgart. All design, research, fabrication and construction work were carried out jointly by students and faculty researchers.
The research pavilion offered the opportunity to investigate methods of modular bionic construction using freeform surfaces representing different geometric characteristics while developing two distinct spatial entities: one large interior space with a porous inner layer and a big opening, facing the public square between the University’s buildings, and a smaller interstitial space enveloped between the two layers that exhibits the constructive logic of the double layer shell.
การแปล กรุณารอสักครู่..

•การวางแผนและการตระหนัก: ปีเตอร์ Brachat เบนจามิน Busch, Solmaz Fahimian, Christin Gegenheimer นิโคลา Haberbosch อีเลียส Kastle โอลิเวอร์เดวิด Krieg ยงซองเทควันโด Boyan Mihaylov, Hongmei Zhai
•การพัฒนาวิทยาศาสตร์: มาร์คัส Gabler (การบริหารจัดการโครงการ), คาร์โด้ลา Magna (การออกแบบโครงสร้าง), สเตฟเฟแชร์ (รายละเอียด), โทเบียส Schwinn (การบริหารจัดการโครงการ) Frédéric Waimer (การออกแบบโครงสร้าง)
•ระดับเสียง:
200m³• Anisotropy: ศาลาเป็นโครงสร้างทิศทาง เซลล์ยืดและตัวเองปรับทิศทางตามความเครียดกล.
•พื้นที่: 72.0
ตารางเมตร•โครงการปี: 0
•ภาพ: ICD / ITKE มหาวิทยาลัยสตุตกาโรลันด์ Halbe ในช่วงฤดูร้อนปี 2011 ที่สถาบันเพื่อการออกแบบการคำนวณ (ICD) และสถาบันของโครงสร้างอาคาร และการออกแบบโครงสร้าง (ITKE) ร่วมกับนักศึกษาที่มหาวิทยาลัยสตุตกาได้ตระหนักชั่วคราวศาลาวิจัยไบโอนิคที่ทำจากไม้ที่จุดตัดของการเรียนการสอนและการวิจัย โครงการสำรวจโอนสถาปัตยกรรมหลักการทางชีวภาพของแผ่นซนของทะเลสัณฐานโครงกระดูกโดยใช้วิธีการออกแบบคอมพิวเตอร์ที่ใช้นวนิยายและวิธีการจำลองพร้อมกับวิธีการผลิตคอมพิวเตอร์ควบคุมสำหรับการดำเนินงานอาคาร นวัตกรรมโดยเฉพาะอย่างยิ่งประกอบด้วยในความเป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพขยายได้รับการยอมรับหลักการไบโอนิคและประสิทธิภาพการทำงานที่เกี่ยวข้องกับความหลากหลายของรูปทรงเรขาคณิตที่แตกต่างกันผ่านกระบวนการคำนวณซึ่งจะแสดงให้เห็นถึงความจริงที่ว่าลักษณะทางสัณฐานวิทยาที่ซับซ้อนของศาลาอาจจะสร้างขึ้นเฉพาะกับแผ่นบางมากของไม้อัด (6.5 มม.) ระบบชีวภาพโครงการที่มีจุดมุ่งหมายที่การบูรณาการกำลังการผลิตในภาคปฏิบัติของโครงสร้างทางชีวภาพในการออกแบบสถาปัตยกรรมและการทดสอบผลเชิงพื้นที่และโครงสร้างวัสดุระบบในระดับเต็มรูปแบบ การมุ่งเน้นที่ตั้งอยู่บนการพัฒนาของระบบ modular ซึ่งจะช่วยให้ระดับสูงของการปรับตัวและประสิทธิภาพการทำงานเนื่องจากการความแตกต่างของรูปทรงเรขาคณิตของชิ้นส่วนแผ่นและข้อต่อนิ้วประดิษฐ์ robotically ในระหว่างการวิเคราะห์โครงสร้างทางชีวภาพที่แตกต่างกันสัณฐานแผ่นโครงกระดูกของเงินดอลลาร์ทรายที่เป็นสายพันธุ์ย่อยของเม่นทะเล (Echinoidea) กลายเป็นความสนใจเป็นพิเศษและให้ภายหลังหลักการพื้นฐานของโครงสร้างไบโอนิคที่ได้รับการตระหนัก เปลือกโครงกระดูกของเงินดอลลาร์ทรายเป็นระบบโมดูลาร์ของแผ่นเหลี่ยมซึ่งมีการเชื่อมโยงกันที่ขอบยื่นออกมาจากแคลเซียมคาร์บอเนตนิ้วเหมือน โหลดความจุสูงแบริ่งจะทำได้โดยการจัดรูปทรงเรขาคณิตโดยเฉพาะอย่างยิ่งของแผ่นและระบบการเข้าร่วมของพวกเขา ดังนั้นเงินดอลลาร์ทรายหน้าที่เป็นรูปแบบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเปลือกหอยที่ทำจากองค์ประกอบสำเร็จรูป ในทำนองเดียวกันข้อต่อนิ้วมือแบบดั้งเดิมมักจะใช้ในการช่างไม้เป็นองค์ประกอบการเชื่อมต่อสามารถมองเห็นเป็นเทียบเท่าทางเทคนิคของเงินดอลลาร์ทรายของส่วนที่ยื่นออกแคลไซต์. โอนสัณฐานวิทยาต่อไปนี้การวิเคราะห์ของเงินดอลลาร์ทรายสัณฐานวิทยาของโครงสร้างแผ่นที่ถูกบูรณาการในการออกแบบของศาลา สามขอบแผ่นเสมอพบกันที่เพียงจุดหนึ่งหลักการซึ่งจะช่วยให้การส่งกองกำลังและแรงเฉือนปกติ แต่ไม่มีช่วงเวลาที่ดัดระหว่างข้อต่อจึงทำให้เกิดการแบริ่งดัด แต่ยังมีโครงสร้าง deformable ซึ่งแตกต่างจากการก่อสร้างที่มีน้ำหนักเบาแบบดั้งเดิมซึ่งสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการโหลดรูปทรงที่ดีที่สุดหลักการออกแบบใหม่นี้สามารถนำไปใช้กับความหลากหลายของรูปทรงเรขาคณิตที่กำหนดเอง ที่มีศักยภาพสูงที่มีน้ำหนักเบาของวิธีการนี้จะเห็นได้ชัดว่าเป็นศาลาที่สามารถสร้างขึ้นจาก 6.5 มมแผ่นบางไม้อัดเท่านั้นแม้จะมีขนาดของมันมาก ดังนั้นมันก็จำเป็นต้องยึดกับพื้นดินที่จะต่อต้านการโหลดดูดลม. นอกจากนี้หลักการก่อสร้างและองค์กรเหล่านี้คุณสมบัติพื้นฐานอื่น ๆ ของโครงสร้างทางชีวภาพจะนำไปใช้ในขั้นตอนการออกแบบการคำนวณของโครงการ: เซลล์สืบพันธุ์: ขนาดมือถือไม่คงที่ แต่ปรับให้เข้ากับ โค้งท้องถิ่นและต่อเนื่อง ในพื้นที่ของความโค้งขนาดเล็กเซลล์กลางมีมากขึ้นกว่าสองเมตรสูงในขณะที่ขอบพวกเขาเท่านั้นถึงครึ่งเมตร. Anisotropy: ศาลาเป็นโครงสร้างทิศทาง เซลล์ยืดและปรับทิศทางของตัวเองตามที่กลความเครียด. ลำดับ: ศาลาที่มีการจัดเป็นสองระดับโครงสร้างลำดับชั้น ในระดับแรกข้อต่อนิ้วแผ่นไม้อัดที่มีการติดกาวกันในรูปแบบมือถือ ในระดับลำดับชั้นที่สองการเชื่อมต่อสกรูที่เรียบง่ายร่วมเซลล์เข้าด้วยกันช่วยให้การประกอบและถอดของศาลา ในแต่ละระดับตามลำดับชั้นเพียงสามแผ่น - ตามลำดับสามขอบ - พบเฉพาะที่จุดหนึ่งจึงมั่นใจขอบบิดงอในระดับที่ทั้งสอง. การคำนวณการออกแบบหุ่นยนต์และการผลิตความต้องการสำหรับการออกแบบการพัฒนาและความตระหนักของสัณฐานวิทยาที่ซับซ้อนของศาลาที่มีการปิดห่วงข้อมูลดิจิตอลระหว่างรูปแบบของโครงการ, การจำลององค์ประกอบ จำกัด และควบคุมเครื่องคอมพิวเตอร์ที่เป็นตัวเลข การค้นพบรูปแบบและการออกแบบโครงสร้างอย่างใกล้ชิดจะเชื่อมโยงกัน โครงการแลกเปลี่ยนข้อมูลที่ดีที่สุดที่ทำให้มันเป็นไปได้ที่จะอ่านซ้ำแล้วซ้ำอีกรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนในโปรแกรมองค์ประกอบ จำกัด ในการวิเคราะห์และแก้ไขจุดที่สำคัญของรูปแบบ ในแบบคู่ขนานติดกาวยึดติดและข้อต่อได้รับการทดสอบและผลการทดลองที่รวมอยู่ในการคำนวณโครงสร้าง. แผ่นและข้อต่อนิ้วมือของแต่ละเซลล์มีการผลิตที่มีระบบการผลิตหุ่นยนต์ของมหาวิทยาลัย จ้างขั้นตอนการตั้งโปรแกรมที่กำหนดเองรูปแบบการคำนวณพื้นฐานสำหรับการผลิตอัตโนมัติของรหัสเครื่อง (NC-Code) สำหรับการควบคุมของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมเจ็ดแกน นี้ช่วยให้การผลิตที่ประหยัดกว่า 850 ชิ้นส่วนที่แตกต่างกันทางเรขาคณิตเช่นเดียวกับมากกว่า 100,000 ข้อต่อนิ้วจัดได้อย่างอิสระในพื้นที่ ต่อไปนี้การผลิตหุ่นยนต์, แผงไม้อัดได้เข้าร่วมกันในรูปแบบเซลล์ การชุมนุมของโมดูลสำเร็จรูปที่ได้รับการดำเนินการที่มหาวิทยาลัยเมืองของมหาวิทยาลัยสตุตกา การออกแบบการวิจัยการผลิตและการก่อสร้างได้ดำเนินการการทำงานร่วมกันโดยนักศึกษาและนักวิจัยคณาจารย์. ศาลาวิจัยที่นำเสนอโอกาสที่จะตรวจสอบวิธีการของการก่อสร้าง modular ไบโอนิคโดยใช้พื้นผิวรูปทรงอิสระที่เป็นตัวแทนของลักษณะทางเรขาคณิตที่แตกต่างกันขณะที่การพัฒนาทั้งสองหน่วยงานเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันอย่างใดอย่างหนึ่งภายในพื้นที่ขนาดใหญ่ ด้วยชั้นภายในรูพรุนและการเปิดขนาดใหญ่หันหน้าไปทางลานสาธารณะระหว่างอาคารของมหาวิทยาลัยและพื้นที่สิ่งของที่มีขนาดเล็กห่อหุ้มระหว่างสองชั้นที่แสดงตรรกะที่สร้างสรรค์ของเปลือกสองชั้น
การแปล กรุณารอสักครู่..
